高低温环境属于电子产品经常遇到的环境，其试验与适应性评估是舰载电子产品研制环境工程的重要工作内容。本文结合电子产品高低温环境试验与评估的基本流程，系统梳理了高低温环境试验与适应性评估问题，对温度稳定时间、温度保持时间以及温变速率、检测项目确定等提出建议，给出可操作性强的高低温适应性评估核查样表，为高低温环境适应性的准确验证提供借鉴。
作者：鲁雪峰1,夏小杰2
单位：1.华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心；2.苏州苏试广博环境可靠性实验室有限公司武汉分公司
简介：鲁雪峰，工程师，主要从事通用质量特性试验技术研究以及指标论证方面的研究工作。
引言
高低温环境适应性是指装备在寿命周期内可能遇到的极端高低温环境作用下能实现其所有预定功能、性能和不被破坏的能力。耐高低温环境能力的实现依赖于分析产品在高低温环境下可能的环境效应，采取对应设计措施，并通过试验验证设计措施。
高低温试验与适应性评估是舰载电子产品研制生产过程中常见工作项目，通常包括高温贮存、高温工作、低温贮存和低温工作四个试验项目，以及高温适应性评估和低温适应性评估两个评估项目。本文聚焦于舰载电子产品高低温环境试验以及适应性评估问题，提出了解决措施，可为舰载电子产品的高低温试验与适应性评估提供参考。
高低温环境试验与适应性评估方法
舰载电子产品高低温环境适应性验证中，其试验与适应性评估主要工作流程如图1所示。
图1 高低温环境试验与适应性评估主要工作流程
（1）确定环境条件要求
高低温环境条件要求是产品开展高低温环境试验及适应性评估的重要输入。舰载电子产品高低温条件要求主要来自于产品的研制要求、技术规格书、产品规范或研制合同等外部输入文件，包括高温/低温贮存温度、高温/低温工作温度以及试验所应参考的标准。
（2）选定试验程序
舰载电子产品常用的环境试验标准包括GJB4和GJB150A，包括的试验程序有恒定高温贮存试验、恒定高温工作试验、恒定低温贮存试验和恒定低温工作试验。试验程序的确定通常与试验所参考的标准有关，比如GJB4中没有高温贮存试验程序，GJB150.4A中允许低温贮存试验和低温工作试验结合开展。
（3）确定试验参数
舰载电子产品在试验室内开展的高低温试验主要参数见表1。试验参数的确定需根据产品特点，包括重量、温变速率耐受能力、湿度控制要求以及环控要求等。
表1 舰载电子产品典型环境试验项目及主要参数
（4）高低温试验实施
高低温试验实施过程是舰载电子产品温度适应性验证的重要工作，包括试验前准备、初始检测、试验、恢复以及试验后检测五个阶段，由试验人员按照试验程序及试验参数要求操作试验箱，产品项目组人员按照检测项目要求开展功能性能检测，并对检测结果给出评价性结论。
（5）高低温适应性评估
目前，高低温环境适应性评估方法主要以产品环境试验结果为依据，开展符合性检查。通过核查环境试验大纲以及第三方试验的原始记录，给出产品高温环境适应性评估的结论。
高低温环境试验问题及对策
结合电子产品高低温环境试验工作流程及工程实践，高低温环境试验中常见的问题主要包括高低温环境条件分析不细致、温度稳定时间确定方法不对、温度保持时间确定随意、试验程序选择不当、试验数据记录不完整等。具体表现如下：
（1）高低温环境条件分析
舰载电子产品高低温条件通常只给出贮存温度和工作温度范围，未能准确描述预期寿命剖面中产品温度暴露特点。主要表现在缺乏对装备部署地域极端温度条件及其变化特点、典型任务时长的补充描述，未对产品环境条件进行细致的分解。前者导致装备开展高低温试验时试验参数选择没有明确依据，后者则导致对局部区域密闭或散热不畅所导致的温升考虑不足，比如舱内电子机柜高温条件要求50℃，在分解给电路板时，应考虑散热不畅导致的极端温度环境。
（2）试验程序选择
试验程序的选择与产品经历温度环境的特点相关，比如高温产生源头包括太阳辐射诱发温度、平台发热设备以及设备本身引起的高温；低温环境产生源头主要是部署地域季节变化和纬度高度增加。舱外安装的设备，其高温环境主要来自于太阳辐射引起的温升，原则上应开展高温循环贮存/循环工作试验，实际采用恒定温度试验；其低温环境主要是缺乏考虑低温环境下的连续贮存和工作情况。舱内安装产品经历的高温和低温环境主要为恒定温度环境。这种对产品安装位置温度环境特点分析的缺乏，导致试验程序选择不当，进而影响产品的高低温环境适应能力的完整验证。因此，产品环境工程中应重点开展使用环境特点分析工作，以准确选择试验程序。
（3）温度稳定时间
按试验条件划分，温度稳定时间可分为高温贮存条件下温度稳定时间T1、高温工作条件温度稳定时间T2、高温工作条件下通电后温度稳定时间T3、低温贮存条件下温度稳定时间T4、低温工作条件下温度稳定时间T5以及低温工作条件下通电后温度稳定时间T6。
温度稳定时间确定方法包括实测法、重量法和热时间常数法。重量法因其便于实施而被广泛采用，常见标准GJB4.3-1983、GJB4.4-1983和GJB1621.7A-2006等。GJB150.3A-2009、GJB150.4A-2009并未采用重量法确定温度稳定时间，研制单位主要采用多个标准拼凑试验方法来确定温度稳定时间。目前单个板卡集成器件已经达到1000个以上，依据重量法确定温度稳定时间会导致对产品高低温适应能力产生误判，表现为环境试验通过率高，可靠性试验及后期外场使用过程中问题频发。因此，采用热成像仪、温度巡检仪开展温度稳定时间测定是高低温试验准确开展的必要工作。
（4）温度保持时间
温度保持时间的确定与产品在典型温度极值下的使用时间长短有关。低温试验温度保持时间的确定应考虑在低温地区使用时处于低温下的长期效应，从而以不同平台的任务执行特点区分不同产品的低温环境适应性要求，具体可参考GJB1172-1991。高温试验温度保持时间选择除了与低温试验相同问题外，还包括舱外设备未能考虑太阳辐射效应所导致的高温，舱内设备未能考虑极端工况，如GJB/Z27中的4.2.3要求“舰船电子设备，在某种战斗环境下要求中断空调和通风系统”。实际上，舱外设备应开展的高温试验是循环高温而不是恒定，若采用恒定高温替代，则应开展不少于48h的高温试验；高温工作试验的温度保持时间应考虑中断空调和通风系统等极端工况下的工作，如任务剖面中不可修阶段的持续时间。
（5）温度变化速率
GJB150.3A和GJB150.4A规定的温度变化速率均为不超过3℃/min，试验实施时多采用最大温变速率。这显然没有考虑产品特点，对于含有大尺寸光窗的光电产品，过快的温变速率会明显损坏光窗的结构强度，导致过应力试验。同时，对于部分可靠性试验中采用5℃/min温变速率的产品，简单采用3℃/min不能释放产品可靠性试验的风险。因此，应根据产品特点及产品后期可靠性试验、寿命周期温度变化特点确定温变速率。
（6）试验中通电检测要求
在高低温环境试验中应开展完整的功能性能检测，这与环境适应性的特点有关。盲目减少检测项目，则无法说明产品的真实环境适应性水平，造成部分间歇缺陷漏检。高低温环境试验中，产品检测项目裁剪的原则包括：
a）能检尽检原则：具备检测条件的，必须要开展检测；
b）可操作原则，即在实验室给定的场地和环境条件下，可以利用现有测试设备进行检测；
c）采信原则，比如高低温环境之前的检测，可采信产品的功能性能检验结果；
d）等效原则，如功能A和功能B有关联关系，通过检测功能B即可说明功能A是正常的，则A可以不检测。
高低温环境适应性评估问题及对策
高低温环境适应性评估是以产品高低温环境试验数据为依据，利用专家经验给出产品耐高低温环境能力的定性评估结论。传统上，对于产品耐高温环境能力的评估主要是结合环境试验中产品的功能性能检测记录，包括初始检测、中间检测以及试验后检测，三次检测均合格则认为产品的高低温环境适应能力符合要求。结合部分型号产品的环境适应性评估过程，主要存在问题：①未对试验条件与外场使用条件的高低温极值环境模拟的状况进行评估；②未对被试品检测项目是否齐全进行评估；③未对过程记录的完整性进行评估；④未对产品的低温启动能力、冷却剂选择合理性进行评估；⑤未对被试品高温散热能力进行评估，等等。
高低温环境适应性评估应在分析产品特点基础上，从耐高低温环境适应性设计、环境试验以及产品检测项目三个维度，制定核查表格，逐项进行检查评估。高低温环境适应性评估样表见表2。表2的检查结果应基于产品的环境适应性设计分析报告、元器件选型清单、材料选择清单、产品实物以及产品的高低温试验报告等，结论栏应按“完全符合、基本符合、少部分符合和不符合”给出对应结论，统计完全符合和基本符合的数量，计算符合率，即符合率=（完全符合数+基本符合数）/总检查项目数，或采取专家评分方法给出“优、良、基本合格和不合格”的结论。
表2 电子产品高低温环境适应性评估样表
总结
本文重点研究舰载电子产品研制过程中的高低温环境试验参数选择和适应性评估方法，前者关系到产品高低温环境试验过程是过试验或欠试验，后者则关系到装备的试验鉴定结论。除此之外，应注意鉴定试验、验收试验和例行试验中高低温环境试验参数选择的差异，即例行试验与鉴定试验基本一致，验收试验通常不开展破坏性试验，如低温/高温贮存试验。合理的试验参数选择和适应性评估方法对于试验的正确开展、高低温环境适应性能力的准确评估具有重要意义，本文提出的对策能很好指导研制和试验单位相关人员开展高低温环境试验和适应性评估。
